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鞋底前足屈曲刚度对下肢和跖趾关节生物力学及关节能量特征的影响

编辑:傅维杰|刘宇|张燊|李路 单位

来源:第十届全国体育科学大会发布日期:2015-07-15 19:27:40浏览:211次

研究目的

对于跑、跳等需要急速蹬离地面的足屈曲运动,动作最终必定发生在跖趾关节Goldmann等,2013。近期的研究表明,跖趾关节屈伸特征的改变能够对人体跑、跳动作,特别是支撑后期的蹬离效果产生重要影响(Willwacher等,2013)。如何通过改变跖趾关节的运动特征,从而间接有效地改善下肢其它关节的力学和能量特性,并最终表现在运动能力的提高等一系列问题已成为当今运动训练和鞋具生物力学研究的新热点(傅维杰、李路、刘宇,2013。本研究拟探讨双腿纵跳和单腿跳跃动作下,穿着不同鞋底前足屈曲刚度的运动鞋对于1)运动表现;2)下肢髋、膝、踝、跖趾关节的运动学、动力学;3)关节能量学特征的影响,找寻它们之间的系统关联,以期为新型运动鞋的设计与使用提供理论和应用参考。

研究方法

选取30名体教专项男性篮球运动员(年龄:21.2±1.3 yrs;身高:183.3±5.0 cm;体重:74.0±6.7 kg),每位受试者随机穿着不同鞋底前足屈曲刚度(硬鞋TS和对照CS)的篮球鞋(国际知名鞋企定制)完成原地纵跳(CMJ)和单腿起跳(LU)各三次。同步采集下肢髋、膝、踝、跖趾关节的三维运动学(Vicon240Hz)和动力学(Kistler测力台,1200Hz)信号。主要评价参数包括,运动学:下肢髋、膝、踝、跖趾关节最大屈伸角度/角速度、关节活动度、跳跃高度等;动力学:下肢四关节力矩/力矩变化量、关节功率特征;能量学:下肢四关节所吸取和释放的能量、整个触地阶段的净能耗。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)观察不同鞋对于下肢生物力学和关节能量学特征的影响,显著性水平α设为0.05

研究结果

1) 无论是CMJ还是LU,穿着不同鞋底前足屈曲刚度的篮球鞋并不会显著影响其跳跃高度(p > 0.05);

2) CMJ动作中,跖趾关节最大屈曲速度在穿着两种鞋时有显著性差异:TS组明显小于较CS组(p < 0.05);而在穿着具有不同前足屈曲刚度的篮球鞋进行LU跳跃动作中,跖趾关节运动学数据,包括最大屈伸角度、角速度和关节活动度均无显著性差异;但却能对踝关节的关节活动度产生显著影响,即穿着TS时,踝关节活动度明显比穿着CS大(p < 0.05);

3) 跖趾关节在两个动作中的动力学和能量学参数并没有统计学上的差异;在LU动作中,相比较CS组,穿着TS能够显著增加踝关节处的最大正功、动作过程中能量的吸取以及产生(p < 0.05),但对整个触地阶段的净能耗无显著影响。

研究结论与建议

1) 穿着不同鞋底前足屈曲刚度的篮球鞋并不会对两种跳跃方式下的运动表现产生显著影响;

2) 穿着高屈曲刚度的硬鞋会显著减小在垂直纵跳过程中跖趾关节的最大伸速度,同时减小整个蹬地过程中跖趾关节的速度变化;

3) 单腿跳跃时,相比较一般鞋,穿着高屈曲刚度的硬鞋并不会对跖趾关节的动力学和能量学特征产生显著影响,但会显著增加踝关节的关节活动度、关节最大蹬伸功率,以及增加踝关节处的吸取与产生的能量,提示穿着屈曲刚度更大的运动鞋能够在改变跖趾关节部分运动学的同时增加相邻踝关节的蹬地效果,为进一步提高运动表现提供了可能。

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